综合出线负荷的变电站负荷建模方法

摘要

本发明公开了一种综合出线负荷的变电站负荷建模方法，本发明采用“自下而上”的方法建立负荷模型，首先对每条出线的负荷进行并行的建模，有效减少辨识的数据量，降低辨识的复杂程度，提高辨识的收敛速度；而后，基于变电站母线的实测数据，对每条出线负荷模型、配电网模型以及无功补偿模型所占的有功负荷和无功负荷所占的比例进行辨识，获得整个变电站的综合负荷模型。避免了权值选择的主观性，提高负荷建模的精度。本发明具有有效地提高所建负荷模型的精度；提高了电力系统数字仿真结果的精度和可行度，进而提高电力系统规划和运行水平的特点。

主权项

1.一种综合出线负荷的变电站负荷建模方法，所述变电站包括母线(1)、L条出线(2)、L个感应电动机(3)、无功补偿装置(4)、配电网(5)、设于配电网内的配电网负荷(6)；配电网负荷与母线电连接，每条出线一端通过母线与配电网负荷电连接，每条出线另一端与各个感应电动机一一连接，无功补偿装置与母线电连接；其特征是，包括如下步骤：(1-1)获取实测及标准参数数据：出线l检测数据：出线l稳态运行时的有功功率P_l，0，无功功率Q_l，0，出线节点电压U_l，0和频率f_1，0；出线l的第i个实测有功功率P_l，i，出线l的第i个实测无功功率Q_1，i，出线l的第i个实测电压U_l，i和出线l的第i个实测频率f_l，i；出线l所在虚拟母线节点的电压U_l；感应电动机数据：感应电动机的角速度ω_r参数；检测的电力系统同步角频率ω_B、系统实际角频率ω、电压的d轴坐标分量u_l，d、电压的q轴坐标分量u_l，q；变电站数据：无功补偿装置的补偿电容器的容抗参数X_c及检测的变电站所在母线节点电压U、电力系统的频率f、变电站所在母线测量点的有功功率P和无功功率Q；其中，l＝1，2，…，L；i＝1，2，…，N；N为每条出线上的数据点的总数；(1-2)设定$\left\{\begin{array}{c}{P}_{l,\mathrm{ZIP}}=P_{l,0}[{\mathrm{kp}}_{l,1}{\left(\frac{U_l}{U_{l,0}}\right)}^2+{\mathrm{kp}}_{l,2}\left(\frac{U_l}{U_{l,0}}\right)+{\mathrm{kp}}_{l,3}]\\ Q_{l,\mathrm{ZIP}}=Q_{l,0}[{\mathrm{kq}}_{l,1}{\left(\frac{U_l}{U_{l,0}}\right)}^2+{\mathrm{kq}}_{l,2}\left(\frac{U_l}{U_{l,0}}\right)+{\mathrm{kq}}_{l,3}]\end{array}\right.,$其中，P_l，ZIP为出线l的静态负荷模型的有功功率，Q_l，ZIP为出线l的静态负荷模型的无功功率；零次项为恒定功率负荷，一次项为恒定电流负荷，二次项为恒定阻抗负荷；kp_l，1、kp_l，2、kp_l，3分别为出线l的恒定阻抗负荷，恒定电流负荷，恒定功率负荷的有功功率所占的比例；kq_l，1、kq_l，2、kq_l，3分别为出线l的负荷中的恒定阻抗负荷，恒定电流负荷，恒定功率负荷的无功功率所占的比例；kp_l，1、kp_l，2、kp_l，3、kq_l，1、kq_l，2、kq_l，3均为待定参数；(1-3)设定$\left\{\begin{array}{c}\frac{{{\mathrm{de}}_d}^{\prime }}{\mathrm{dt}}=-\frac{1}{{T_0}^{\prime }}{e_d}^{\prime }+\frac{x_s-x^{\prime }}{R_s^2+{\left({\mathrm{\omega x}}^{\prime }\right)}^2}(R_s(u_{l,q}-\omega {e_q}^{\prime })-{\mathrm{\omega x}}^{\prime }(u_{l,d}-{{\mathrm{\omega e}}_d}^{\prime }))+{\omega }_B(\omega -{\omega }_r)e_q\\ \frac{{{\mathrm{de}}_q}^{\prime }}{\mathrm{dt}}=-\frac{1}{{T_0}^{\prime }}{e_q}^{\prime }+\frac{x_s-x^{\prime }}{R_s^2+{\left(\omega x^{\prime }\right)}^2}(R_s(u_{l,d}-\omega {e_d}^{\prime })+{\mathrm{\omega x}}^{\prime }(u_{l,q}-\omega {e_q}^{\prime }))+{\omega }_B(\omega -{\omega }_r){e_d}^{\prime }\\ \frac{d{\omega }_r}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{H}\frac{{e_d}^{\prime }}{R_s^2+{\left({\mathrm{\omega x}}^{\prime }\right)}^2}{R}_s(u_{l,d}-\omega {e_d}^{\prime })+{\mathrm{\omega x}}^{\prime }\left({{\mathrm{\omega e}}_q}^{\prime }\right)\\ +\frac{{e_q}^{\prime }}{R_s^2+{\left({\mathrm{\omega x}}^{\prime }\right)}^2}[R_s(u_{l,q}-\omega {e_q}^{\prime })-{\mathrm{\omega x}}^{\prime }(u_{l,d}-\omega {e_d}^{\prime })]-T_D{\omega }_r^n\end{array}\right.,$其中，e_d′为感应电动机暂态电势的d轴坐标分量，e_q′为感应电动机暂态电势的q轴坐标分量；x_s为待定的定子电抗，R_s为待定的定子的电阻，T_D为待定的负载系数，n为待定的与转速有关的阻力矩的次方；x′为暂态电抗，x′＝x_s+x_mx_s/(x_m+x_s)，x_m为待定的激磁电抗；T₀′为待定的定子开路暂态时间常数，H为待定的电动机惯性时间常数；(1-4)设定$\left\{\begin{array}{c}{i}_{l,d}=\frac{1}{R_s^2+{\left({\mathrm{\omega x}}^{\prime }\right)}^2}[R_s(u_{l,d}-\omega {e_d}^{\prime })+{\mathrm{\omega x}}^{\prime }(u_{l,q}-\omega {e_{l,q}}^{\prime })]\\ i_{l,q}=\frac{1}{R_s^2+{\left({\mathrm{\omega x}}^{\prime }\right)}^2}[R_s(u_{l,q}-\omega {e_q}^{\prime })-{\mathrm{\omega x}}^{\prime }(u_{l,d}-\omega {e_{l,d}}^{\prime })]\end{array}\right.,$其中，i_l，d为负荷电流的d轴坐标分量和i_l，q为负荷电流的q轴坐标分量；(1-5)设定动态负荷模型为$\left\{\begin{array}{c}{P}_{l,M}=u_{l,d}{i}_{l,d}+u_{l,q}{i}_{l,q}\\ Q_{l,M}=u_{l,q}{i}_{l,d}-u_{l,d}{i}_{l,q}\end{array}\right.,$其中，P_l，M为出线l的动态负荷模型有功功率，Q_l，M为出线l的动态负荷模型有功功率；(1-6)在计算机中建立每条出线l的负荷模型：$\left\{\begin{array}{c}{P}_l=(1-K_{l,M})P_{l,\mathrm{ZIP}}+K_{l,M}{P}_{l,M}\\ Q_l=(1-K_{l,M})Q_{l,\mathrm{ZIP}}+K_{l,M}{Q}_{l,M}\end{array}\right.$其中，P_l为出线l的负荷模型有功功率，Q_l为出线l的负荷模型有功功率，(1-K_l，M)和K_l，M分别为待定的静态负荷模型和动态负荷模型所占比例；(1-7)辨识每条出线的负荷模型参数将步骤(1-1)中获得的出线l数据，分别代入(1-2)至(1-4)中的各个公式中，采用参数辨识方法，得到每条出线的静态负荷模型参数kp_l，1、kp_l，2、kp_l，3、kq_l，1、kq_l，2、kq_l，3、动态模型参数R_s、x_s、T₀′、H、T_D、n、x_m以及静态负荷模型和动态负荷模型的比例(1-K_l，M)和K_l，M，则得到每条出线l的负荷模型$\left\{\begin{array}{c}{P}_l=(1-K_{l,M})P_{l,\mathrm{ZIP}}+K_{l,M}{P}_{l,M}\\ Q_l=(1-K_{l,M})Q_{l,\mathrm{ZIP}}+K_{l,M}{Q}_{l,M}\end{array}\right.;$(1-8)建立变电站的综合负荷模型$\left\{\begin{array}{c}{P}_B=B_{p,l}{P}_l+B_{D,p}{P}_D\\ Q_B=B_{q,l}{Q}_l+B_{D,q}{Q}_D+B_{C,q}{Q}_C\end{array}\right.$其中，P_l、Q_l分别为出线l的有功功率和无功功率；P_D、Q_D为配电网的有功模型和无功模型；B_p，l为出线l的有功负荷所占的比例，B_D，p为配电网的有功负荷所占的比例，B_q，l为出线无功负荷所占的比例，B_D，q为配电网无功负荷所占的比例，B_C，q为无功补偿无功负荷所占的比例；$\left\{\begin{array}{c}{P}_D=\frac{P^2+Q^2}{U^2}{R}_D\\ Q_D=\frac{P^2+Q^2}{U^2}f{X}_D\end{array}\right.$其中，R_D、X_D分别为待定的配电网等值电阻和电抗；设定无功补偿负荷模型其中，X_c0为待定的补偿电容器的容抗；(1-9)辨识变电站的综合负荷模型参数将步骤(1-1)获得的关于变电站数据，代入(1-8)中的各个公式，采用参数辨识方法，计算得到R_D，X_D，X_c0，以及出线l的有功负荷所占的比例B_p，l、配电网有功负荷所占的比例B_D，p、出线无功负荷所占的比例B_q，l、配电网无功负荷所占的比例B_D，q和无功补偿无功负荷所占的比例B_C，q；(1-10)将(1-9)辨识得到的参数和(1-7)中得到的每条出线负荷模型代入公式$\left\{\begin{array}{c}{P}_B=B_{p,l}{P}_l+B_{D,p}{P}_D\\ Q_B=B_{q,l}{Q}_l+B_{D,q}{Q}_D+B_{C,q}{Q}_C\end{array},\right.$得到变电站的综合负荷模型。